VDI 3476 Blatt 2-2010 Waste gas cleaning - Catalytic waste gas cleaning methods - Oxidative processes.pdf

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1、VDI-RICHTLINIENICS 13.040.99Januar 2010 January 2010Vervielfltigung auchfr innerbetrieblicheZwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDer Entwurf dieser Richtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen.Die deutsche Ve

2、rsion dieser Richtlinie ist verbindlich.The draft of this guideline has been subject to public scrutiny after announcement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette).The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation

3、.Frhere Ausgabe:10.08Entwurf,deutschFormeredition:10/08 Draft, inGermanonlyZu beziehen durch / Available atBeuth VerlagGmbH, 10772 Berlin AlleRechtevorbehalten / Allrights reserved VereinDeutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf2010VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREAbgasreinigungVerfahren der katalytischen Abgasre

4、inigungOxidative VerfahrenWaste gas cleaningCatalytic waste gas cleaning methodsOxidative processesVDI 3476Blatt 2 / Part 2Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 6: Abgasreinigung StaubtechnikKommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschus

5、s KRdLFachbereich UmweltschutztechnikInhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 22Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Formelzeichen, Indizes und Abkrzungen . . 64 Verfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6、74.1 Rohgaseigenschaften . . . . . . . . . . . . 94.2 Temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . 114.3 Druck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134.4 Katalysatoren . . . . . . . . . . . . . . . . 144.5 Reaktoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144.6 Verfahrensauswahl und -kombinationen fr

7、 spezielle Anwendungen . . . . . . . . . 144.7 Katalytische Filtersysteme zur Minderung von polychlorierten Dibenzo-p-Dioxinen und Dibenzofuranen (PCDD/F). . . . . . . 165 Anlagen, Anlagenkomponenten . . . . . . . . 185.1 Reaktortypen . . . . . . . . . . . . . . . . 185.2 Sicherheitseinrichtungen .

8、. . . . . . . . . 235.3 Mess- und Regelungstechnik . . . . . . . . 255.4 Weitere Anlagenkomponenten . . . . . . . 286 Energiebedarf und Wrmerckgewinnung . . 306.1 Energiebedarf . . . . . . . . . . . . . . . . 306.2 Ermittlung des Energiebedarfs und des autothermen Betriebspunkts . . . . . . . . 316.

9、3 Primre Wrmerckgewinnung . . . . . . . 356.4 Sekundre Wrmerckgewinnung . . . . . 376.5 Vergleich der regenerativen/rekuperativen katalytischen Abgasreinigung mit der regenerativen thermischen Abgasreinigung. 37Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . .

10、. . . . . . . . . . . . . . . 22 Terms and definitions . . . . . . . . . . . . . 33 Symbols, indices and abbreviations . . . . . 64 Methods. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74.1 Raw gas properties . . . . . . . . . . . . . 94.2 Temperature. . . . . . . . . . . . . . . . . 114.3 Pressure . .

11、. . . . . . . . . . . . . . . . . 134.4 Catalysts . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144.5 Reactors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144.6 Method selection and combinations for special applications . . . . . . . . . . . . . 144.7 Catalytic filter systems for decreasing the quantities of polychl

12、orinated dibenzo-p- dioxins and dibenzofurans (PCDD/F) . . . 165 Facilities, facility components. . . . . . . . . 185.1 Reactor types . . . . . . . . . . . . . . . . 185.2 Safety systems . . . . . . . . . . . . . . . 235.3 Process measuring and control engineering 255.4 Other facility components . .

13、 . . . . . . . 286 Energy demand and heat recovery . . . . . . 306.1 Energy demand . . . . . . . . . . . . . . . 306.2 Calculating the energy demand and the autothermic operating point . . . . . . . . 316.3 Primary heat recovery . . . . . . . . . . . 356.4 Secondary heat recovery . . . . . . . . . .

14、 376.5 Comparison of regenerative/recuperative catalytic waste gas cleaning and regenera- tive thermal waste gas cleaning methods . . 37B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 2 VDI 3476 Blatt 2 / Pa

15、rt 2Seite7 Auslegung von Reaktoren . . . . . . . . . . . 387.1 Auswahl des Reaktortyps. . . . . . . . . . 417.2 Raumgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . 417.3 Dimensionierung des Reaktors . . . . . . . 428 Anwendungsbeispiele . . . . . . . . . . . . . 428.1 berblick ber die Einsatzbereiche . . . .

16、428.2 Typische Beispiele fr oxidative katalytische Verfahren . . . . . . . . . . . 458.3 Beispiele fr spezielle Anwendung oxidativer katalytischer Verfahren . . . . . 528.4 Reinigung von Abgasen aus Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren . . . . 608.5 Betrieb von Biogasmotoren. . . . . . . . . 659 Katalyt

17、ische Abgasreinigung als Stand der Technik im Zusammenhang mit den BVT-Merkblttern/BREF-Documents . . . . . 66Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68VorbemerkungDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Be-achtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richt-linie VDI 1000.Alle Re

18、chte, insbesondere das des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der bersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstndig, sind vorbehalten.Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Lizenz-bedingungen (www.vdi-richtlinien.de), di

19、e in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich.Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieser VDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt.Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/3476.1 AnwendungsbereichDie Richtlinie VDI 3476 Bla

20、tt 1 beschreibt die Grundlagen fr die Verfahrensauswahl, die Ausle-gung, den Betrieb von Anlagen und den Einsatz von Katalysatoren fr die katalytische Abgasreinigung. In der vorliegenden Richtlinie werden die oxidativen Verfahren der Abgasreinigung behandelt. Im Vorder-grund stehen die Auslegungsunt

21、erlagen und Bei-spiele fr den praktischen Einsatz dieser Verfahren.Page7 Reactor design . . . . . . . . . . . . . . . . . 387.1 Selection of reactor type . . . . . . . . . . 417.2 Space velocity . . . . . . . . . . . . . . . 417.3 Reactor dimensions . . . . . . . . . . . . 428 Application examples .

22、 . . . . . . . . . . . . 428.1 Overview of applications. . . . . . . . . . 428.2 Typical examples of oxidative catalytic processes . . . . . . . . . . . . . 458.3 Examples of special applications of oxidative catalytic methods . . . . . . . . 528.4 Cleaning of waste gases from automotive internal co

23、mbustion engines . . 608.5 Operation of biogas engines . . . . . . . . 659 Catalytic waste gas cleaning as state of the art in conjunction with BVT data sheets/BREF documents . . . . . . 66Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68Preliminary noteThe content of this guideline has been d

24、eveloped in strict accordance with the requirements and recom-mendations of the guideline VDI 1000.All rights are reserved, including those of reprinting, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts.The use of

25、 this guideline without infringement of copyright is permitted subject to the licensing condi-tions specified in the VDI Notices (www.vdi-richtlin-ien.de).We wish to express our gratitude to all honorary con-tributors to this guideline.A catalogue of all available parts of this guide-line series can

26、 be accessed on the internet at www.vdi.de/3476.1ScopeThe guideline VDI 3476 Part 1 describes the funda-mental principles for method selection, the design, the operating of facilities and the use of catalysts for catalytic waste gas cleaning. This guideline discusses the oxidative methods of waste g

27、as cleaning. The fo-cus is on design documentation and on examples for the practical use of these methods. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 VDI 3476 Blatt 2 / Part 2 3 2BegriffeFr die Anwendung di

28、eser Richtlinie gelten die fol-genden Begriffe:AbgasTrgergase mit festen, flssigen oder gasfrmigen Emissionen. Der Begriff Abgas schliet die Begriffe Abluft, Rohgas und Reingas ein.AbgasvorwrmungErhhung der Temperatur des zu behandelnden Ab-gasstroms zur Einstellung der Reaktionsbedingungen fr die a

29、nschlieende katalytische Abgasreinigung.AbluftUmgebungsluft, beladen mit gasfrmigen brennba-ren oder oxidierbaren Substanzen.AnspringtemperaturAbgastemperatur am Eintritt des Katalysators, bei der ein definierter Mindestumsatz der Schadstoffe gewhrleistet ist.Autothermer BetriebDer Energiebedarf der

30、 katalytischen Abgasreinigung wird durch die Reaktionswrme der oxidierenden Abgasbestandteile gedeckt. Im autothermen Betrieb entfllt der Bedarf von zustzlicher Energie fr die Aufrechterhaltung des Reaktionsablaufs am Kataly-sator.EmissionenEmissionen werden wie folgt angegeben:Masse der emittierten

31、 Stoffe bezogen auf das Vo-lumen von Reingas (trocken) im Normzustand (273,15 K; 1013 hPa) nach Abzug des Feuchte-gehalts an Wasserdampf. von Reingas (feucht) im Normzustand (273,15 K; 1013 hPa) vor Abzug des Feuchte-gehalts an Wasserdampf als Massenkonzentra-tion in den Einheiten g/m3oder mg/m3.Mas

32、se der emittierten Stoffe bezogen auf die Zeit als Massenstrom in den Einheiten kg/h, g/h oder mg/h; der Massenstrom ist die whrend einer Be-triebsstunde bei bestimmungsgemem Betrieb einer Anlage unter den fr die Luftreinhaltung un-gnstigsten Betriebsbedingungen auftretende ge-samte Emission.Verhltn

33、is der Masse der emittierten Stoffe zu der Masse der erzeugten oder verarbeiteten Produkte (Emissionsfaktoren) als Massenverhltnis in den Einheiten kg/Mg oder g/Mg.2 Terms and definitionsFor the purposes of this guideline, the following terms and definitions apply:Waste gasCarrier gases with solid,

34、liquid or gaseous emissions. The term waste gas encompasses the terns exhaust air, raw gas and clean gas.Waste gas preheatingElevating the temperature of the waste gas stream to be treated, in order to adjust the reaction conditions for subsequent catalytic waste gas cleaning.Exhaust airAmbient air

35、loaded with gaseous flammable or oxi-disable substances.Activation temperatureWaste gas temperature at the inlet to the catalyst, at which a defined minimum conversion rate of pollut-ants is assured.Autothermic operationThe energy demand of catalytic waste gas cleaning is met by the reaction heat of

36、 the oxidising waste gas components. In autothermic operation there is no need for additional energy for maintaining the reac-tion activity at the catalyst. EmissionsEmissions are specified as follows:Mass of the emitted substances, measured by the volume of clean gas (dry) in the standard condition

37、s (273,15 K; 1013 hPa) after extraction of the moisture content of water vapour. of clean gas (humid) in the standard conditions (273,15 K; 1013 hPa) before extraction of the moisture content of water vapour, as mass con-centration in g/m3or mg/m3.Mass of the emitted substances over time, stated as

38、mass flow in kg/h, g/h or mg/h; the mass flow is the total emission that takes place during one hour of correct operation of a facility under the most adverse operating conditions for maintaining air cleanliness. Ratio of the mass of the emitted substances to that of the produced or processed produc

39、ts (emission factors), in kg/Mg or g/Mg. B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF8AD9NormCD - Stand 2012-04Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2010 4 VDI 3476 Blatt 2 / Part 2Explosives GasGas, das neben Sauerstoff, Kohlenwasserstoffe oder andere brennbare gasfrmige

40、 Substanzen enthlt und aufgrund der vorliegenden Konzentration zndfhig ist.Heizwert der SchadstoffkomponentenDer Heizwert HUder Schadstoffkomponenten in kJ/kg entspricht dem Quotienten aus der bei ihrer Verbren-nung freigesetzten Wrmemenge und der verbrann-ten Schadstoffmasse unter den Voraussetzung

41、en, dass vollstndige Verbrennung vorliegt, dass die Tempera-turen von Einsatzstoffen (Schadstoffe und Verbren-nungsluft) und Verbrennungsprodukten gleich sind und dass das gebildete Wasser dampffrmig vorliegt.Leerraumgeschwindigkeit (v)Charakteristische (theoretische) Strmungsge-schwindigkeit, gebil

42、det aus dem Quotienten von Ein-trittsvolumenstrom der Gasmischung in den Kataly-sator bei Normbedingungen und dem freien Reaktor-querschnitt (Katalysatoranstrmflche).Luftzahl ()Das Verhltnis zwischen der tatschlichen Luft-menge und der theoretischen Luftmenge zur vollstn-digen Verbrennung des Kraft-

43、 oder Brennstoffs wird durch die Luftzahl beschrieben.Bei stchiometrischer Verbrennung betrgt die Luft-zahl = 1. In diesem Fall entspricht der Sauerstoff-gehalt des Gemischs genau dem Gehalt, der zur voll-stndigen Oxidation des enthaltenen Kohlenstoffs zu CO2und des Wasserstoffs zu H2O notwendig ist

44、. Bei Luftberschuss ( 1) spricht man von magerem“ Luftverhltnis, bei Luftmangel ( 1), one speaks of a “lean” air ratio, in the event of air shortage ( 99,5 % wird im Wesentlichen durch den zu entfernenden Schadstoff und die vorgegebene Raumgeschwindigkeit be-stimmt. Das sogenannte Umsatztemperaturve

45、rhal-ten“ des Katalysators bei der katalytischen Abgasrei-nigung beschreibt den Prozentsatz der Schadstoffent-fernung als Funktion der Reaktionstemperatur.4.2 TemperatureThe reaction temperature required to achieve a de-sired conversion rate of e. g. 99,5% is determined essentially by the pollutant

46、that needs to be removed and the specified space velocity. The catalysts “con-version temperature behaviour” during catalytic waste gas cleaning describes the percentage of pollut-ant removal as a function of reaction temperature. Table 1. Typical reactions in catalytic waste gas cleaninga)in the ox

47、idation of organic nitrogen compounds, e. g. amines, caffeine, etc.b)see VDI 3451c)see also EU Directive 1999/31/EC on the anaerobic fermentation of waste, TA Luft 2002 and 17. BImSchVPollutant groupOverall reaction CatalysttypeProducts By-productsApplication Impacts/risksVOC, formaldehydeCmHn+ (m +

48、 n/4) O2 m CO2+ n/2 H2OHCHO + O2 H2O + CO2noble metal,mixed oxideCO2, H2ONOxa)cleaning, chem./ pharm. production, industrial degreasing, film manufactur-ing, groundwater/soil decon-tamination, combustion engines Halogenated hydro- carbons, e. g. chlorin-ated CHC, C2H4Cl2, etc.C2H4Cl2+ 2 O2 2 CO2+ H2

49、O + 2 HClnoble metal,mixed oxideCO2, H2O,HCl, Cl2b)Cl2waste incineration facilities, special waste incineration facilities, pharmaceutical and chemical industrypoisoning, corrosionCarbon monoxide COCO + O2 CO2noble metal,mixed oxideCO2 combustion engines, wet oxidation, therm. waste gas incineration poisons: halogens, powdersSoot C + O2 CO2C + 2 NO2 CO2+ 2 NO noble metal CO2engines, soot particle filtersNH3, HCN NH3+ O2 1 H2O + N2H